JPH07198349A

JPH07198349A - 道路形状及び自車両姿勢の計測装置

Info

Publication number: JPH07198349A
Application number: JP5353316A
Authority: JP
Inventors: Tatenori Nouso; 干典農宗
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1993-12-29
Filing date: 1993-12-29
Publication date: 1995-08-01

Abstract

(57)【要約】【目的】１次元カメラを用いて２次元カメラを用いた
場合と同様に道路形状及び自車両姿勢を計測できる装置
の提供。【構成】１次元カメラ１０１の撮像データを記憶手段
１０２に順次記憶し、記憶手段１０２に記憶された過去
複数枚の撮像データに基づいて、白線位置検出手段１０
３により白線位置を検出し、この検出した白線位置と車
速検出手段１０４及び車両姿勢変化量検出手段１０５で
検出した車両姿勢挙動とに基づいて、演算手段１０６に
より、道路曲率、ヨー角、偏位を求めることを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、車線逸脱警報や車間距
離警報、また、自動操縦制御等を行う際に適用される道
路形状及び自車両姿勢の計測装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の道路形状及び自車両姿勢
の計測装置としては、例えば特開平４−３６８７８号公
報に開示されたものがある。これは、２次元のＣＣＤカ
メラにより車両の進行方向前方の道路を撮像し、この２
次元のＣＣＤカメラからの映像信号を基に、道路上の白
線の位置を、直線検出によって求めた後、更に道路のカ
ーブ度合いを求めるものである。

【０００３】また、特開平４−１５８４１０号公報に開
示されているように、１次元のＣＣＤカメラにより車両
の進行方向前方の道路を撮像し、この１次元のＣＣＤカ
メラからの映像信号を基に、道路上の白線の位置を求め
るものがある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来のこの種の道路形状及び自車両姿勢の計測装置の
場合においては、２次元カメラを用いたり、１次元カメ
ラの場合は単に画像上での路面マーカ（以下白線）の位
置を計測するのみとなっていたため、２次元カメラの場
合は、カメラも処理のためのプロセッサも、ハードウェ
ア構成が複雑となるため、高価である。１次元カメラで
は、比較的安価に実現できるものの、道路がカーブして
いる場合などにおいて、自車両姿勢の計測はできない。
またカーブの度合いは計測もできないのが現状であると
いう問題点があった。

【０００５】本発明は、上記した問題点に着目してなさ
れたものであり、その目的とするところは、１次元カメ
ラを用いて２次元カメラを用いた場合と同様に道路の曲
率と、道路に対する自車両の角度と偏位を同時に計測す
ることができる道路形状及び自車両姿勢の計測装置を提
供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は図１に示すように、所定時間毎に車両の進
行方向前方の道路を撮像する１次元カメラ１０１と、該
１次元カメラ１０１からの撮像データを順次記憶する記
憶手段１０２と、該記憶手段１０２に記憶された過去の
撮像データに基づいて、車両から所定距離前方の白線の
位置を検出する白線位置検出手段１０３と、車両の所定
時間毎の距離変化量を検出する車速検出手段１０４と、
車両の進行方向の角度（ヨー角）の変化量を検出する車
両姿勢変化量検出手段１０５と、前記白線位置検出手段
１０３で検出した白線位置、前記車速検出手段１０４で
検出した単位時間毎の距離変化量及び車両姿勢変化量検
出手段１０５で検出した角度変化量に基づいて、道路の
曲率ρと道路に対する車両の角度α及び偏位Ｄ_xとを算
出する演算手段１０６と、を有することを特徴とする。

【０００７】

【作用】本発明による道路形状及び自車両姿勢の計測装
置であれば、１次元カメラ１０１により所定時間毎に車
両の進行方向前方の道路を撮像し、この１次元カメラ１
０１からの撮像データを記憶手段１０２に順次に記憶
し、この記憶手段１０２に記憶された過去の撮像データ
を白線位置検出手段１０３が用いて、車両から所定距離
前方の白線の位置を検出する。

【０００８】一方、車速検出手段１０４により車両の所
定時間毎の距離変化量を検出し、また車両姿勢変化量検
出手段１０５により車両のヨー角変化量を検出するの
で、演算手段１０６では、白線位置検出手段１０３で検
出した白線位置、車速検出手段１０４で検出した単位時
間毎の距離変化量及び車両姿勢変化量検出手段１０５で
検出した角度変化量に基づいて、道路の曲率と道路に対
する車両の角度α及び偏位Ｄ_xとを算出することができ
る。

【０００９】

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。

【００１０】図２は、本発明の第１実施例に係わる道路
形状及び自車両姿勢の計測装置の全体構成を概略的に示
すブロック図である。同図に示す第１実施例の道路形状
及び自車両姿勢の計測装置は、車両の進行方向前方の道
路を所定時間毎に撮像すべく搭載された１次元ＣＣＤカ
メラ１と、該１次元ＣＣＤカメラ１からの撮像データを
図示しないメモリに順次記憶後、この記憶内容を基に車
両から所定距離前方に白線が存在する毎に、その白線の
位置を求めるカメラ信号処理部２と、車両の左右それぞ
れの車輪に設けられた車輪速センサ３，４と、車輪速セ
ンサ３，４の各信号を入力して処理することにより車両
姿勢挙動を計測する車両挙動計測部５と、カメラ信号処
理部２からの出力Ｕ_c及び車両挙動計測部５からの出力
ρ_sに基づいて道路の曲率ρと車両が道路に対して呈す
る角度α及び偏位Ｄ_xとを算出する推定部６とを、有し
ている。また、推定部６からの信号に基づいて制御部７
に各種警報判断や操舵制御が行われるものである。な
お、車輪速センサに代えてヨーレートセンサ等を用いる
こともできる。

【００１１】次に作用を説明する。

【００１２】まず、座標系について図３（Ａ）の上図
面、図３（Ｂ）の側面図を参照して説明する。現在走行
している地点の道路中央を原点とし、道路の接線方向に
Ｚ軸、右手方向にＸ軸、路面に対し垂直な上方にＹ軸を
とる。カメラの道路中央（原点）からの偏位（車両が道
路に対して呈する偏位）をＤ_x、カメラ光軸とＺ軸のな
す角（車両が道路に対して呈する角度）をα、カメラレ
ンズ中心からカメラ光軸とＸＺ平面との交点までの距離
をＺ_c、カメラの高さをＨで表わす。

【００１３】以上のうち、Ｄ_xとαは推定量、Ｚ_cやＨ
やレンズの焦点距離Ｆは既知であるとする。

【００１４】道路は、高速道路のように滑らかに変化
し、道路曲率ρも小さいと仮定し、また単位処理時間内
ではρは変化しないものと仮定すると、次の（１）式の
如く円弧の近似式で近似することができる。但し、Ｚは
前方１０ｍとか２０ｍといった近距離までの値をとると
仮定する。

【００１５】

【数１】１次元ＣＣＤカメラは、前方Ｚ_cの地点の路面を撮像し
ており、カメラ座標ｘにて道路の中央が結像しているも
のとする。そして、道路に対する車両位置は道路に沿っ
て形成されている白線の位置から検出することができ、
またその白線の位置は、１次元ＣＣＤカメラからの撮像
データを順次記憶し、この順次記憶した過去何枚（何ラ
イン）かの撮像データに基づいて、車両から所定距離前
方に白線が存在する毎に検出するものである。この白線
の位置を検出する手法についての具体例は後述する。

【００１６】このとき、カメラ信号処理部では、白線位
置に相対する道路中央位置Ｕ_cを求めることになるが、
この道路中央位置Ｕ_cは、両側の白線位置の中点とする
と、基準となる例えば車両の左側の白線を対象として、
図４のように撮像面での白線の結像位置ｘ、焦点距離
Ｆ、車両の先端からカメラ光軸とＸＺ平面との交点まで
の距離Ｚ_cとなる関係から、次の（２）式のように求め
ることができる。

【００１７】Ｕ_c＝ｘ・Ｚ_c／Ｆ（２）また、ｘ＝Ｆ・Ｕ_c／Ｚ_c （３）となる。

【００１８】そして、上記したように前方Ｚ_cの地点の
道路中心位置Ｕ_cが分かったとすると、以下列挙する事
象が得られることになり、これらの事象に基づいて道路
曲率ρと、道路に対する自車両の角度αと偏位Ｄ_xを順
次導き出すことができる。

【００１９】・もし、偏位Ｄ_xや角度αが一定であれ
ば、Ｕ_cの変化はρの変化である。

【００２０】・ ρが変化しなくても、Ｄ_xやαが変化
すればＵ_cは変化する。

【００２１】・道路に対するＤ_xやαは未知である
が、絶対座標系における車両の回転半径は、車両のセン
サからわかる。

【００２２】・車両の回転曲率と道路曲率が一致して
いればＵ_cに変化はない。

【００２３】・車両の回転曲率が一定のとき、Ｕ_cが
変化するとしたら、道路曲率の変化分である。

【００２４】・道路曲率が一定でも、車両の回転曲率
ρ_vと異なれば、Ｕ_cは変化する。これは、Ｄ_xやαが
変化するからである。

【００２５】・道路曲率ρ、回転曲率ρ_v共に一定
（短時間内）であるとき、Ｕ_cが変化するとすると、曲
率差に応じてＤ_xやαが変化し、Ｄ_xやαに応じたＵ_c
の変化分を除けば、ρとＵ_cは比例関係にある。

【００２６】ところで、道路形状は、カメラの設置位置
や姿勢によって形状が変化して見える。これを考慮して
角度αと偏位Ｄ_xによってカメラの光軸をＷ軸にとり、
Ｗ軸と直角な右方向にＵ軸をとると（図３参照）、
（１）式は座標系（Ｕ，Ｗ）において、次の（４）式の
如く変換される。但し、Ｒは回転を表わしており、また
αはｃｏｓα≒１、ｓｉｎα≒αとなる如く十分小さい
ものと仮定した。

【００２７】

【数２】なお、

【数３】である。

【００２８】このように実施された（４）式におけるＸ
に（１）式を代入すると、

【数４】となるので、Ｚ＝Ｚとすると、前方Ｚ_c地点の道路中心
線Ｕ_Mは、

【数５】と変換される。

【００２９】そして、カメラ信号処理部て求めた（２）
式の道路中央位置Ｕ_cと、（５）式の道路中心線Ｕ_Mは
一致するはずなので、（３）式に（５）式のＵ_Mを代入
すると、

【数６】となる。

【００３０】要するに、道路中心線Ｕ_Mや撮像面での白
線の結像位置は、道路曲率ρ、角度（ヨー角度）α偏位
Ｄ_xと比例関係にあり、それぞれの比例定数を乗じて加
算される。換言すれば、撮像面での白線の結像位置ｘの
観測だけでは、道路中央線Ｕ_Mは、曲率ρによるものな
のか、カメラ光軸とＺ軸とのなす角度αあるいはカメラ
の道路中央からの偏位Ｄ_xによるものか分らないことに
よる。

【００３１】次に、車輪速センサの検知信号に基づく車
両挙動計測部の作用について説明する。

【００３２】図５は、予じめ設定された一定時間内の車
両が走行したことにより得られる左側の車輪の単位時間
走行距離ｄ_Lと、右側の車輪の走行距離ｄ_Rと、回転半
径Ｒの関係を示したものである。

【００３３】左右の車輪間の距離をＢ（既知）で表わす
と、

【数７】が得られる。この逆数をとると車両の回転曲率ρ_vが得
られ、

【数８】である。このρ_vは、車両の挙動計測部の出力である。

【００３４】車両の偏位Ｄ_x、道路に対する角度αと、
道路曲率ρ、車両の回転曲率ρ_vとの関係は以下のよう
になる。但し、Ｄ_xとαについては、単位時間当りの変
動量ΔＤ_xとΔαとして考える。

【００３５】その関係は、本来は図６に示す通りである
が、ρやρ_vを小さいものと仮定すると、図７に示す通
りとなるので、走行距離ｄ_RとＺ軸方向の距離とほぼ等
しく、αは小さくなる。Ｄ_xは１回前の地点（単位時間
前の地点）を基準にとった場合のＸ軸と平行にとっても
誤差が少なくなる。

【００３６】よって、ある地点（Ｄ_x＝Ｄ_xp）を基準に
とると、ｄ_Rだけ走行した地点では、（１）式により

【数９】であるから、

【数１０】となり、（８）式，（９）式の関係を図示すると図８の
ようになる。

【００３７】αについては、図９より道路曲率ρの場合
は、

【数１１】であるので、 α_p＝ρ・ｄ_R である。

【００３８】同様に道路曲率ρ_vの場合は、 α_ρv＝ρ_v・ｄ_R である。

【００３９】よって、 Δα＝α_ρv−α_p ＝（ρ_v−ρ）ｄ_R （１０）となる。

【００４０】また、 α＝α_p＋Δα （１１）となる。但し、α_pは単位時間前のαの値である。

【００４１】（５）式に（９）式と（１０）式とを代入
すると、道路中央位置Ｕ_Mは、次の（１２）式によって
得られる。

【００４２】

【数１２】（１２）式のＵ_Mは、Ｕ_cと等しいので、Ｕ_c＝Ｕ_Mと
おいて道路曲率ρを求めると、

【数１３】となり、（１３）式の右辺は、すべて求められる値なの
で、道路曲率ρは計算できる。

【００４３】以下に本実施例により道路曲率ρと、道路
に対する自車両の角度αと偏位Ｄ_xを同時に計測する計
算手順をまとめる。カメラ信号処理部で求められた白線位置から（２）
式で道路中央位置Ｕ_cを計算する。車輪速センサによって、左右の単位時間当りの走行
距離ｄ_Lとｄ_Rを求め、（７）式で車両の回転曲率ρ_v
を計算する（車両挙動計測部）。（１３）式で道路曲率ρを計算する。（９）式で偏位Ｄ_xを更新し、Ｄ_xpとおく。（１０）式からΔαを求め、（１１）式でカメラ光
軸とＺ軸とのなす角度αを求め、α_Pとおく。

【００４４】なお、α_PとＤ_xpは初期値の設定が必要
で、また誤差が累積していく可能性もある。以下のよう
な手順で補正を行う。

【００４５】αやＤ_xは長時間走行した時の平均時間は
共に０または、ある固定の値になるはずである。よっ
て、長い時間でαとＤ_xをそれぞれ平均化していき、あ
る時刻Ｋにおいて、α_KとＤ_xが求められたとする。

【００４６】

【外１】

【数１４】にて、平滑化する。ここでＡは０に近い正の数であり、
平滑化の時定数に相当する。

【００４７】次に、

【数１５】として、時刻Ｋの出力値α_kとＤ_xとを求めればよい。

【００４８】そして、Ｄ_xp＝Ｄ_xK，α_p＝α_Kとおい
て、次回の処理に備えることにより、Ｄ_xpとα_pの蓄積
誤差を少なくすることができる。

【００４９】次に、Ｄ_xpとα_pの蓄積誤差を少くするこ
とができる本発明の第２実施例について説明する。

【００５０】図１０は、本発明の第２実施例に係わる道
路形状及び自車両姿勢の計測装置の要部構成を概略的に
示すブロック図である。この第２実施例の道路形状及び
自車両姿勢の計測装置は、図２の推定部６を図１０に示
すように、前回のパラメータ記憶部１１、道路位置予測
部１２、角度及び偏位推定部１３、道路曲率推定部１４
からなる構成にしている。

【００５１】そして、前回のパラメータ記憶部１１は、
前回算出した道路曲率ρと、車両が道路に対して呈する
角度α及び偏位Ｄ_xをパラメータとして記憶しておく。

【００５２】道路位置予測部１２は、前回パラメータ記
憶されているパラメータによって道路中心線Ｕ_Mを算出
する。

【００５３】角度及び偏位推定部１３は、車両の回転曲
率ρ_vに相当する量と前回のパラメータ記憶部１１に記
憶されている道路の曲率ρとの差、並びに所定時間での
車両の走行距離とに基づいて新たに車両が道路に対して
呈する角度α及び偏位Ｄ_xを算出する。

【００５４】道路曲率推定部１４は、道路位置予測部１
２が算出した道路中心線Ｕ_M及び図２のカメラ信号処理
部２が検出した白線位置の差Ｕ_c、並びに角度及び偏位
推定部１３が算出した角度α及び偏位Ｄ_xの各値に基づ
いて道路の曲率ρを算出する。

【００５５】これら各部からなる構成の推定部を備えた
第２実施例では、以下説明するようにＤ_xpとα_pの蓄積
誤差を少くすることができる。

【００５６】（４）式より道路位置予測部１２で算出さ
れる道路中心線Ｕ_Mは、

【数１６】であるので、前回のパラメータ記憶部１１に記憶されて
いる１回前の結果ρ_p、Ｄ_xp、α_pからＵ_Mを計算する
ことができる。

【００５７】現時刻で図２のカメラ信号処理部２から求
まった（２）式のＵ_cと（１４）式のＵ_Mの差を考える
と、それぞれの（ρ、Ｄ_r、α）変化分が、Ｕ_cとＵ_M
の差に反映されるから、

【数１７】となる。ここで、ρ−ρ_pが非常に小さいと仮定する
と、（８）式と（１０）式より、

【数１８】が成り立つ。この（１６）式は、前回の曲率ρ_pと、回
転曲率ρ_vと、単位時間走行距離ｄ_Rとから求まるの
で、独立して計算できる。従って、角度及び偏位推定部
１３でΔＤ_xとΔαを求めることができる。

【００５８】こうして、ΔＤ_xとΔα求めた後、このΔ
Ｄ_xとΔαを（１５）式に代入すれば、

【数１９】となるので、ρを道路曲率推定部１４で次の（１７）式
により計算できる。

【００５９】Ｐ＝２（Ｕ_c−Ｕ_M＋１／２Ｐ_pＺ_c ²−
△Ｄ_x＋△αＺ_c）／Ｚ_c ² （17）要するに、Ｕ_Mは（１４）式から求まり、Ｕ_cは図２の
カメラ信号処理部２から求まり、ΔＤ_xとΔαは（１
６）式から求まり、Ｚ_cは定数であるので、（１７）式
は計算可能である。この第２実施例での手法では、（１
４）式のＵ_Mを基準に３つのパラメータを推定（算出）
するので、もし、例えばＤ_xに誤差をもったとしても、
次回の演算ではΔＤ_xで誤差を吸収し、正しい結果を得
ることができる。

【００６０】なお、本発明の第２実施例の記載におい
て、（９）式、（１０）式、（１６）式は、道路曲率ρ
と異なる曲率ρ_vで車両が走行した場合、ｄ_Rだけ走行
後の偏位変化ΔＤ_xや、ヨー角変化Δαは、ρやρ_vが
小さければ、（ρ_v−ρ）に比例するという物理的な意
味を持つ。

【００６１】また、（１７）式は、（１７）式のＵ_Mに
（１４）式を代入すると、 ρ＝２（Ｕ_c−Ｄ_x＋αＺ_c）／Ｚ_c ² 但し、Ｄ_x＝Ｄ_xp＋ΔＤ_x α＝α_p＋Δα となるので、道路中央位置Ｕ_cから偏位やヨー角に相当
する成分を除去すれば、曲率ρと前方Ｚ_cの道路中央位
置Ｕ_cとは比例関係にあるという物理的な意味を持つ。

【００６２】次に図２のカメラ信号処理部２において白
線の位置を検出する手法について説明する。

【００６３】図１１は、図２において１次元ＣＣＤカメ
ラ１からカメラ信号処理部２へ入力される入力信号の概
念を表わした図であり、同図（Ａ）はカメラ前方Ｚ_(m)
の路面を２次元ＣＣＤカメラで撮像した通常の２次元画
像とその路面を１次元ＣＣＤカメラでほぼ水平に１ライ
ンだけ撮像した１次元画像との関係を示し、同図（Ｂ）
はその１ライン分の信号の輝度に応じた出力値ｆ_(x)を
時間軸ｘになって示している。

【００６４】ここで、説明のため、時刻をＫで表わす。
１回前の時刻をＫ−１とする。時刻Ｋの入力画像をｆ
（ｘ，Ｋ）で表わす。

【００６５】この関係にあるとき、現時刻を基準に、１
回前の信号ｆ（ｘ，−１）、２回前の信号ｆ（ｘ，−
２）そしてＫ回前の信号ｆ（ｘ，−Ｋ）を縦軸をＫとし
て２次元的に表わすと図１２のような時空間画像が得ら
れる。この２次元画像を処理して路面上の白線部の検出
を以下図１３〜図１５に示すフローに従って行う。

【００６６】図１３に信号入力から白線候補点の抽出ま
でのフローを示す。まず、１次元信号を入力し、Ｋの更
新と共に過去の信号を合わせて時空間画像ｆ（ｘ，Ｋ）
を作成する（Ｓ１）。次にｘ軸に関して差分をとりエッ
ジを求める（Ｓ２）。すなわち、ｆ′（ｘ，Ｋ）＝ｆ
（ｘ，Ｋ）−ｆ（ｘ−１，Ｋ）なる演算をｆ（ｘ，Ｋ）
全体に施す。ｆ′（ｘ，Ｋ）には、白線の左側エッジに
は正の大きな値、右側エッジには負の大きな値が現われ
る。路面などの輝度変化の少ない点についてはｆ′
（ｘ，Ｋ）は絶対値の小さな値が格納される。

【００６７】次にｆ′（ｘ，Ｋ）から直線成分を検出す
るための処理を行う（Ｓ３）。すなわち、ここでは、点
（ｘ，Ｋ）を通る傾きａの直線は、ｘ_p＝ｘ＋ａ（Ｋ−
ｔ）で表わされるので、この直線上の値ｆ′（ｘ＋ａ
（Ｋ−ｔ），Ｋ−ｔ）をｔ＝０からＴまでの区間で加算
してｈ（ｘ，ａ）を求める。

【００６８】次にｈ（ｘ，ａ）をａ軸方向に検索して、
各ｘにおける最大値と最小値を求めると共に、最大値を
Ｈ_max（ｘ）、最小値をＨ_min（ｘ）、最大値を与える
ａの値をＡ_max（ｘ）、最小値を与えるａの値をＡ_min
（ｘ）としておく（Ｓ４）。ここで、白線の左側エッジ
はＨ_max（ｘ）に大きな値を持ち、右エッジはＨ
_min（ｘ）に負の大きな値を持つ。直線をあてはめた時
の傾きは、それぞれＡ_max（ｘ）とＡ_min（ｘ）であ
る。また白線エッジではないｘの点では、Ｈ_max（ｘ）
やＨ_min（ｘ）の絶対値は小さな値となる。また、現時
刻Ｋにおいてエッジ点が存在しなくても、過去の信号に
直線上にエッジ点が存在すれば、Ｈ_max（ｘ）やＨ_min
（ｘ）に大きな値が現われる。白線以外のノイズ成分が
現時刻Ｋにおいて存在したとしても、過去にそのような
点がなければＨ_max（ｘ）やＨ_min（ｘ）に小さな値と
なり、ノイズの混入に強くなる。

【００６９】次にＳ５の処理に進む。このＳ５の処理で
は、まず、Ｈ_max（ｘ）＞ＴＨＨ（しきい値）なるｘの
値を抽出し、ｘ_iとおく。

【００７０】Ｘ_iの個数はＨ_max（ｘ）に依存し、もし
１点もしきい値を超えなければＸ_iは存在せず、例えば
５点あればｉ＝１〜５である。同様にＨ_min（ｘ）＜−
ＴＨＨなるｘの値をＸ_jとおく。白線の幅はおよそ既知
であるので、もしＸ_iが白線の左側エッジに位置してい
るとすると、白線の右側エッジを表わすＸ_jは、ＴＨＷ₁ ＜Ｘ_j−Ｘ_i ＜ＴＨＷ₂ なる関係がある。ＴＨＷ１とＴＨＷ２は白線幅に対応す
る定数である。

【００７１】そこで、ｉとｊの組み合わせで、上記を満
たすｉとｊのペアを探す。また、白線の左右のエッジ
は、時空間直線上では同じ傾きを持つはずであるから、
ペアの中から｜Ａ_max（Ｘ_i）−Ａ_min（Ｘ_j）｜の大
きいものは削除する。こうして得られた、ｉとｊのペア
から、Ｘ_iを改めてＸ′_jとおく。ここでＸ′_iのｉは
ペアの個数個だけ存在する。そして、このＸ′_iを出力
する（Ｓ６）。

【００７２】図１３の続きの処理フローを図１４，図１
５に示す。

【００７３】ここで、自車両の中心線の左側の白線位置
をＸ_L（Ｋ）、右側の白線位置をＸ_R（Ｋ）で表わす。
またＲ_L（Ｋ）とＲ_R（Ｋ）で白線が何区期（時間）連
続して存在するかを表わすものとなる。

【００７４】まず、Ｓ７の処理を実行する。前回の白線
位置Ｘ_L（Ｋ−１）やＸ_R（Ｋ−１）と、今回のＸ′_i
を比較し、近い位置にＸ′_iが存在すれば、その点を例
えばＸ_L（Ｋ）＝Ｘ′_iとする。

【００７５】そして、Ｒ_L（Ｋ）をＲ_L（Ｋ）＋１とす
る。左右両方にＸ′_iが見つかれば次のステップのＳ８
に進む。もし、両方とも存在しなければ、それぞれ前回
の結果を受け継ぎ、Ｒ_L（Ｋ）＝Ｒ_R（Ｋ）＝０とす
る。片方のみ存在する場合、例えば右側のみ存在する場
合は、Ｘ_L（Ｋ）＝Ｘ_R（Ｋ）−Ｂとし、Ｒ_L（Ｋ）＝
０とする。ここでＢは車線の幅に対応する値である。

【００７６】次に、車線の幅を検証する。Ｓ８の処理を
実行する。すなわち、Ｘ_R（Ｋ）−Ｘ_L（Ｋ）がＢの値
に近ければ次ステップに進む。もし、そうでない場合に
は、連続数の多い方を残し、他方を棄却する。例えばＲ
_L（Ｋ）＞Ｒ_R（Ｋ）の時は、Ｘ_R（Ｋ）はＸ_L（Ｋ）
＋Ｂとし、Ｒ_R（Ｋ）を０にする。

【００７７】次に、車線変更時などの対応を行う。Ｓ９
の処理を実行する。１次元ＣＣＤの中心が車両の進行方
向を向き、ｘ軸の原点がＣＣＤの中央にあるとすれば、
左側の白線は必ずｘが負（左側）の領域に、右側の白線
は正（右側）の領域にあるはずである。そこで、もし、
Ｘ_R（Ｋ）＜０なら、右車線に車線変更がなされたとし
て、Ｘ_L（Ｋ）にＸ_R（Ｋ）を代入し、連続数もＲ
_L（Ｋ）にＲ_R（Ｋ）を代入する。そして、Ｘ_R（Ｋ）
＝Ｘ_L（Ｋ）＋Ｂ，Ｒ_R（Ｋ）＝０とする。Ｘ_L（Ｋ）
＞０の時は、逆の操作を行う。

【００７８】以上で、左右の白線位置が決定される。

【００７９】次にＳ１０の処理を実行する。もし、連続
数Ｒ_R（Ｋ）やＲ_L（Ｋ）が非常に大きければ、実線で
あると判断する。Ｒ_R（Ｋ）やＲ_L（Ｋ）が非常に小さ
い時は、不確定と判断する。その中間の時は、破線であ
ると判断する。さらに、破線の場合、時間的な変動の大
きさを計測すれば、すなわち、ある一定時間内の最大値
と最小値との差を計算することによって、車線区分線の
ような長いとぎれ間隔（差が大きい時）であるか、イン
ターチェンジ出入口などに現われる細いとぎれ線（差が
小さい時）であるかも判断可能である。

【００８０】こうして、線の種類の判断結果と、白線位
置Ｘ_L（Ｋ），Ｘ_R（Ｋ）が出力される（Ｓ１１）。

【００８１】このように１次元ＣＣＤカメラ信号を入力
し、過去複数枚の信号（撮像データ）に基づいて時空間
画像を作成し、時空間画像上で直線検出を行い、白線位
置を決定するため、ノイズに強い、確実な白線検出が行
える。また、直線上に乗るエッジ点を計数することで、
白線が実線であるのか、あるいはとぎれ線であるかの判
断が容易に行える。

【００８２】この判断は、車速によって１次元ＣＣＤカ
メラの読み出し時間間隔を変化させることで、更に容易
かつ確実に行える。例えば、車速が速いときは読み出し
時間間隔を短くする。

【００８３】更に、白線の左右端エッジとそれぞれで直
線を適合し、白線の幅による検証や、直線の傾き（エッ
ジ点の動きに対応）による検証を行うことで、さらなる
確実化が可能である。また更に、自車両の中心線の左右
の白線を同時に検出することも、時間経過による白線位
置の追跡や、車線変更時での対応処理で可能である。

【００８４】次に、図３、図４を参照しつつ、１次元Ｃ
ＣＤカメラの回転角を制御して前方Ｚ_cの地点を可変と
する手法について説明する。

【００８５】１次元ＣＣＤカメラを上下方向に回転可能
にすることにより、前方何ｍの地点での道路中央位置Ｕ
_cを求めるか車両の先端からカメラ光軸とＸＺ平面との
交点までの距離Ｚ_cを求めることができる。

【００８６】これにともない高速走行時程、遠方を見る
ことができるので、車速ｄ_Rに応じてｄ_RとＺ_cが比例
するように制御することができる。

【００８７】また、道路曲率ρが小さい程、遠方で見る
ことができるので、車両の回転曲率ρ_vの大きさによっ
てＺ_cを決定することができる。

【００８８】従って、その両者ともに高速時に遠方を見
ることによって道路曲率ρ、角度α、偏位Ｄ_xの推定精
度を向上できる。

【００８９】次に、本発明の道路形状及び自車両姿勢の
計測装置の応用例について説明する。

【００９０】図１６は、本発明の計測装置を利用した走
行警報装置の概略構成を示すブロック図である。同図に
示す走行警報装置は、本発明の計測装置２０から変動曲
率ρ、道路と車両のなす角度α、道路からの偏位Ｄ_xを
情報として判断部２１に供給する。また、この判断部２
１に対して自車両の進行方向前方の車両までの距離Ｄと
方向φとの情報を与えるものとしてスキャニングレーザ
レーダ２２を使用している。そして、判断部２１での判
断に応じて判断部２１から警報装置２３に警報信号を出
力するものである。

【００９１】例えば、判断部２１において車線の逸脱警
報を出すか否かの判断や、乗員が居眠り状態にあるか否
かの判断は次の通り行える。

【００９２】スキャニングレーザレーダ２２により進行
方向前方までの距離Ｄとその角度幅が計測されてとき、
そのＤ，φと、本発明の計測装置２０からのαとによ
り、進行方向前方のＸ軸座標Ｘ_Rが次式により定まる。

【００９３】Ｘ_R＝Ｄｔａｎ（φ＋α）また、本発明の計測装置２０からのρにより、道路中心
線Ｘは、

【数２０】ただし、Ｚ：道路の接線方向のＺ軸座標Ｚ≒Ｄとおくと、また、偏位Ｄ_xより、自車から見た道
路中心線は、

【数２１】このＸとＸ_Rとの差が車線の幅以内であれば先行車は自
車線の前方にあると判断でき、もしＤが小さければ警報
を発する。

【００９４】なお、通常の道路は、曲率が連続的に変化
するので、求められたρを走行距離

【外２】

【数２２】なる式を用いれば、さらに正確な前方道路形状が計算で
きる。

【００９５】

【数２３】である。ρ_tは現在のρ，ρ_t-1は単位時間前のρの算
出結果である。

【００９６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、１
次元カメラの撮像データ記憶手段に順次記憶し、記憶手
段に記憶された過去複数毎の撮像データに基づいて白線
位置検出手段により白線位置を検出し、この検出した白
線位置と車両姿勢挙動とに基づいて演算手段により道路
の曲率と道路に対する角度や偏位を同時計測するように
したため、比較的安価な１次元カメラを用いて２次元カ
メラを用いた場合と同様に道路形状と自車両姿勢とを計
測し得る安価な計測装置を製作することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のクレーム対応図である。

【図２】本発明の第１実施例に係わる道路形状及び自車
両姿勢の計測装置の全体構成を概略的に示すブロック図
である。

【図３】座標系を説明するために用いた図である。

【図４】カメラ信号処理部の処理原理を説明するために
用いた図である。

【図５】車両の左右の車両の各単位時間走行距離と、車
両の回転半径との関係を示した図である。

【図６】本発明の第１実施例の計測原理を説明するため
に用いた図である。

【図７】本発明の第１実施例の計測原理を説明するため
に用いた図である。

【図８】本発明の第１実施例の計測原理を説明するため
に用いた図である。

【図９】本発明の第１実施例の計測原理を説明するため
に用いた図である。

【図１０】本発明の第２実施例に係わる道路形状及び自
車両姿勢の計測装置の要部構成を概略的に示すブロック
図である。

【図１１】白線の位置を検出する手法を説明するために
用いた図である。

【図１２】白線の位置を検出する手法を説明するために
用いた図である。

【図１３】白線位置の検出を行う処理フローの一部を示
す図である。

【図１４】白線位置の検出を行う処理フローの他の一部
を示す図である。

【図１５】白線位置の検出を行う処理フローの別の他の
一部を示す図である。

【図１６】本発明の計測装置を応用した走行時警報装置
の概略構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

１０１１次元カメラ１０２記憶手段１０３白線位置検出手段１０４車速検出手段１０５車両姿勢変化量検出手段１０６演算手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０６Ｔ 1/00 7/20 Ｇ０８Ｇ 1/09 Ｖ 7740−3Ｈ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定時間毎に車両の進行方向前方の道路
を撮像する１次元カメラと、該１次元カメラからの撮像データを順次記憶する記憶手
段と、該記憶手段に記憶された過去の撮像データに基づいて、
車両から所定距離前方の白線の位置を検出する白線位置
検出手段と、車両の所定時間毎の距離変化量を検出する車速検出手段
と、車両の進行方向の角度の変化量を検出する車両姿勢変化
量検出手段と、前記白線位置検出手段で検出した白線位置、前記車速検
出手段で検出した単位時間毎の距離変化量及び車両姿勢
変化量検出手段で検出した角度変化量に基づいて、道路
の曲率と道路に対する車両の角度及び偏位とを算出する
演算手段と、を有することを特徴とする道路形状及び自
車両姿勢の計測装置。
【請求項２】前記演算手段は、前回算出した道路の曲
率と、車両の進行方向の角度及び偏位とをパラメータと
して記憶しておく前回のパラメータ記憶部と、該前回の
パラメータ記憶部に記憶されているパラメータによって
道路位置を算出する道路位置予測部と、車両の回転曲率
に相当する量と前記前回のパラメータ記憶部に記憶され
ている道路の曲率との差並びに所定時間での車両の走行
距離とに基づいて新たに車両の進行方向の角度及び偏位
を算出する角度及び偏位推定部と、前記道路位置予測部
が算出した道路位置及び前記白線位置検出手段が検出し
た白線位置の差、並びに前記角度及び偏位推定部が算出
した角度及び偏位の各値に基づいて道路の曲率を算出す
る道路曲率推定部と、を有することを特徴とする請求項
１記載の道路形状及び自車両姿勢の計測装置。
【請求項３】前記１次元カメラは、支持部分を中心と
して上下方向に回転可能であることを特徴とする請求項
１又は２に記載の道路形状及び自車両姿勢の計測装置。